上地幔流体和地幔岩结构

迄今,已经公认产于玄武岩中的橄榄岩包体,又称幔源包体,是来自上地幔的物质,是研究地幔岩的直接对象。     

中国东部岩石圈上地幔的组成特征及其地质意义

无论是在岩石学领域,还是在地质学的其它研究领域,地幔的岩石学特征都具有十分重要的意义。本文试图把统计学方法引入区域岩石学研究,从中国东部新生代玄武质岩石中超镁铁岩包体的成分特征入手,应用统计学方法阐明中国东部岩石圈上地幔整体上为弱亏损上地幔的观点。并且认为,在中国东部,岩石圈上地幔具有东西分带的特点。地幔岩石的带状分布方向为NNE向,与中国东部上地幔隆起的长轴方向一致。从东向西可以分出3个带,即东南沿海带、长白山—郯庐断裂带及大兴安岭—太行山带。另一方面,岩石圈上地幔岩石成分的这种分带性又受到其它因素的影响,以致在东西分带的基础上显现南北分块的特征,大致划分出了东北、华北、华南三大地块,体现了中国东部岩石圈上地幔的南北差异。在这个基础上,进一步探讨了我国东部岩石圈上地幔的组成特征在玄武岩岩浆起源、裂谷作用及地质演化等方面的意义。     

塔里木盆地北缘幔源岩石包体特征及岩石圈上地幔流变规律

岩石圈上地幔岩石包体保存着上地幔物质组成和岩石学的特征以及岩石圈上地幔构造变形特性、岩石变形机制和流变性质的丰富信息。塔里木盆地西北缘的巴楚地区的幔源包体主要由橄榄岩组成,次为单辉橄榄岩,与中国东部以及西部其他地区发育的尖晶石、石榴石二辉橄榄岩幔源包体有所区别。从莫霍面至岩石圈上地幔下部,随着深度、温度和压力的增高,幔源包体橄榄石中出现直线状位错、位错缠结、网络—曲线状、环状位错—直线状位错、位错缠结、网络—曲线状位错,环状位错的变化规律;其微观变形机制有从碎裂—位错滑移—位错蠕变—扩散蠕变的变化规律;差异应力值有从低—高—低—高的正弦波状变化趋势,在莫霍面附近以及上地幔韧性软层与脆性层附近差异应力值一般较高;应变速率值则是逐渐减慢的总体变化趋势,整体反映出岩石和矿物从脆—韧性的流变性质。     

福建明溪上地幔热结构及流变学特征

通过对采自福建明溪的幔源包体样品的详细研究,建立了该区上地幔的地温线,探讨其流变学特征。所获地温线高于大洋地温线,但稍低于中国东部和澳大利亚东南部地温线。由该地温线推导的壳幔边界为３８ｋｍ左右,但尖晶石二辉橄榄岩在３２ｋｍ左右即已开始出现,表明存在上地幔物质的底侵作用。同样,尖晶石二辉橄榄岩和石榴子石二辉橄榄岩包体平衡温度有所重叠,表明两者不是截然分开,其间存在有５￣１０ｋｍ的过渡带。包体的变形特     

辽宁宽甸新生代火山岩和地幔包体的稀有气体同位素组成及其演化意义

通过对宽甸新生代碱性玄武岩、地幔包体及辉石巨晶的稀有气体同位素组成的分析,认为不同岩性稀有气体含量的差异反映了岩浆作用过程中轻、重稀有气体的分馏特性,较轻的稀有气体(He、Ne)比较重的稀有气体(Kr、xe)具有更高的活动性和不相容性;该地区上地幔源区具有典型的MORB型源区特征,以辉石巨晶为代表;地幔包体的^3He／^4He值较低,可能是地幔流体交代作用造成的;大陆碱性玄武岩具有与大洋玄武岩截然不同的He同位素组成,反映了大陆区地幔岩浆上升过程中受到了陆壳物质混染。地幔源区^40Ar／^36Ar值为350左右,二辉橄榄岩和碱性火山岩的^40Ar／^36Ar值比大气略高,可能有大气组分的混合。部分样品中有^21Ne、^22Ne、^129Xe、^134Xe和^136Xe相对于大气的过剩现象,是核成因造成的。     

岩石圈和上地幔的热—化学结构概率反演——以LitMod1D为例

本文介绍了一种一维联合多种地球物理数据的概率反演方法 Lit Mod1D的基本原理及应用。该联合反演方法结合了地球物理学与岩石学的正演模拟,将岩石学、矿物物理学、地球化学、以及地球物理学等观测数据限定在一个自适应的热—动力学框架下,通过解热传导、热力学、重力势、流变学和地壳均衡等方程,获得岩石圈及上地幔深部(地表到410 km不连续面)的热、组分及地震波速度等结构。Lit Mod1D基于贝叶斯框架进行反演,使用马尔可夫链蒙特卡洛(Markov Chain Monte Carlo,MCMC)随机搜索方法,最终得到的岩石圈及上地幔深部的热—化学结构不仅能够很好的拟合各种地球物理数据,同时,由于不同的地球物理观测数据对于不同深度的组分或/和热结构异常有着不同的敏感度,因此相比于单独反演降低了反演的不确定性。我们选取了华北克拉通的阳原和狼山测点作为介绍该方法的应用实例,其中克拉通东部的阳原测点之下显示了一个热的、薄的岩石圈地幔,而西部的狼山测点则显示了一个冷的、相对较厚的岩石圈地幔,对应了华北克拉通岩石圈地幔减薄的空间变化。反演的Mg#值与相应地区的捕虏体有很好的一致性,两处均不存在亏损岩石圈地幔,说明其岩石圈地幔已被新生饱满地幔置换了。     

辽宁宽甸新生代火山岩和地幔包体He-Ar同位素组成

宽甸新生代碱性玄武岩、地幔包体及辉石巨晶的稀有气体同位素组成和流体含量分析表明,不同岩性稀有气体含量的差异反映了岩浆作用过程中轻、重稀有气体的分馏特性,较轻的稀有气体(He、Ne)比较重的稀有气体(Kr、Xe)具有更高的活动性和不相容性;该地区上地幔源区具有典型的MORB型源区特征,以辉石巨晶为代表;地幔包体的3^He／^4He值较低,可能与地幔上隆过程中富集地幔流体的交代作用或地幔塑性变形作用丢失了部分原始He有关;大陆碱性玄武岩具有与大洋玄武岩截然不同的He同位素组成,反映了大陆区地幔岩浆上升过程中受到了陆壳物质混染。地幔源区^40Ar／^36Ar值为350左右,二辉橄榄岩和碱性火山岩的^40Ar／^36Ar值比大气略高,可能有大气组分的混入。部分样品中有^21Ne、^22Ne、^129Xe、^134Xe和^136Xe相对于大气的过剩现象。     

南海区域的上地幔活动特征及印支地幔柱

根据不同阶次的卫星模型重力异常计算岩石层下的地幔拖曳力场，揭示南海区域存在三种尺度的地幔对流是控制其地球动力学的主要因素。其中大尺度和中等尺度的地幔对流模型已为震波层析成像的资料所证实，并可用现行的地幔柱概念进行解释。本文着重讨论了印支地幔柱的表现形式、成因和时代以及对沉积盆地中的有机质转化和烃类富集等所起的重要作用。     

上地幔Os同位素组成的演化

Re-Os同位素体系为研究地幔的成分-结构-演化提供了新的地球化学示踪和定年的工具.上地幔Os同位素组成演化的球粒陨石模型是Re-Os体系用于地幔物质定年的基础, 尤其在采用Re亏损模式年龄和Os同位素代理等时线年龄时.综合了铁陨石和各类球粒陨石、地幔橄榄岩包体和蛇绿岩豆荚状铬铁矿的Re-Os同位素体系研究的近期成果, 为认识对流上地幔Os同位素组成的演化提供了制约.对河北遵化蛇绿岩豆荚状铬铁矿岩的研究, 获得新太古代(2.5 Ga)时形成豆荚状铬铁矿的对流上地幔的187Os/188Os=0.110 2, 与球粒陨石型模式的一致.文献中常用的球粒陨石模式的参数如下: 地球形成时(4.558 Ga)初始值187Os/186Os为0.095 31, 现代值分别采用碳质球粒陨石的187Os/186Os比值为0.127 0和原始上地幔(PUM)的187Os/186Os比值为0.129 6, PUM与普通球粒陨石和顽火球粒陨石的187Os/186Os比值接近.      

山东省第四纪玄武岩中幔源包体的变形特征及其上地幔流变学意义

山东省第四纪玄武岩中含有数量、大小不等的幔源包体。这些包体主要为尖晶石二辉橄榄岩，以原生粒状和残斑结构为特征。包体中橄榄石的位错亚构造反映了上地幔高温蠕变机制。包体的平衡温度在８００—１１００℃之间，压力为０．８—２．０ＧＰａ，相应的来源深度为２８—６５ｋｍ。在该深度范围内，上地幔的流动应力为１３—２６ＭＰａ，应变速率为１０－１４—１０－２０ｓ－１，等效粘滞度为１０２０—１０２５Ｐａ·ｓ，符合大陆拉张带上地幔的特征。作者认为，中国东部上地幔在早第三纪或之前开始有底辟上涌，它导致岩石圈的减薄以及地壳的拉张，造成中国东部的拉张环境和裂谷的发育。上地幔的这种运动可能在新第三纪达到高峰，而在第四纪已减弱     

中国东部早第三纪玄武岩中幔源包体的变形特征及其上地幔流变学意义

中国东部含幔源包体的早第三纪玄武岩已发现的有吉林双辽、河北阳原和山西繁峙。本文详细研究了这三个地点幔源包体的变形特征，结果表明，这些地点的幔源包体以尖晶石二辉橄榄岩为主，其结构主要为残斑结构。     

吉林伊通幔源包体的氧同位素组成

吉林伊通幔源包体的氧同位素组成徐义刚，Ｍ．Ａ．ＭｅｎｚｉｅｓＤ．Ｐ．Ｍａｔｔｅｙ林传勇（中国科学院广州地球化学研究所，广州５１０６４０）（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＧｅｏｌｏｇｙ，ＲｏｙａｌＨｏｌｌｏｗａｙＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＬｏｎｄｏｎ，Ｅｇｈａ...     

云南马关地区岩石圈地幔组成和年龄:地幔橄榄岩包体的Re-Os同位素限制

本文对马关地区新生代碱性玄武岩中的地幔包体进行了系统的岩石学和地球化学研究,并首次进行了包体的Re-Os同位素测试。马关地区的橄榄岩包体主量成分上表现为饱满肥沃的特征;具有不同程度的轻稀土亏损特征,亏损Nb、Ti和Zr等高场强元素(HFSE)以及Ba等大离子亲石元素(LILE);橄榄岩包体的Nd同位素特征表明橄榄岩包体代表的是不均一的亏损地幔。5个橄榄岩全岩样品的Re-Os同位素分析结果表明,样品的Os含量总体较高(3.29×10^-9~3.78×10^-9),接近于造山带橄榄岩体的Os含量,Re含量变化范围较大(0.24×10^-9~0.54×10^-9),与Re的迁移能力较强有关。样品的¹⁸⁷Os/¹⁸⁸Os值在0.12295~0.12530之间变化,与¹⁸⁷Re/¹⁸⁸Os值和Al₂O₃含量之间都不存在较好的相关性,说明Re-Os体系不单纯由熔体抽取过程所控制。橄榄岩包体的Re亏损年龄t_RD为254~604Ma,说明马关地区岩石圈地幔形成的时代应该在新元古代之前。马关地区岩石圈地幔并非是由软流圈上涌新增生的地幔,而是经历了如下演化历史:在新元古代之前,由原始地幔的部分熔融和熔体抽取作用形成了岩石圈地幔,之后经历了熔/流体交代和改造而发生了再富集作用,导致部分地幔橄榄岩逐渐从亏损难熔的特征向饱满肥沃转变,而未遭受熔/流体的改造的橄榄岩仍然保持了难熔亏损的特征。这种熔/流体交代和改造作用很可能与晚二叠纪峨眉山地幔柱的活动有关,而新生代以来印度-亚洲大陆碰撞导致地幔物质向东南方向的侧向流动,诱发软流圈上涌和马关地区的钾质岩浆的活动,也对马关地区岩石圈地幔的改造具有重要的影响,但由于喷发时间较新对Os同位素组成的影响还未显现出来。     

中国东部岩石圈地幔的演化——地幔岩捕虏体微量元素的证据

对中国东部赋存于新生代玄武岩中的地幔岩捕虏体的全岩和单斜辉石等作了主元素和微量元素分析，证实了二辉橄榄岩及其单斜辉石在主元素有连续变化的趋势，反映了具部分熔融后残留相的性质。方辉橄榄岩及其中的单斜辉石的主元素，Ｎｄ／Ｙｂ，Ｔｉ／Ｚｒ和Ｓｒ／Ｚｒ值与二辉橄榄岩的同类矿物是不连续过渡。     

冀西北万全地区大麻坪地幔岩包体高温高压弹性波研究及其地质意义

对河北大麻坪碱性玄武岩及其内的辉石岩和二辉橄榄岩包体进行了不同温压条件下的弹性波速测定。结果表明,岩石波速与压力正相关,与温度负相关;相同条件下二辉橄榄岩的弹性波速最大,辉石岩次之,玄武岩最小。在1.4GPa压力下获得二辉橄榄岩和辉石岩的弹性波速分别为7.87km/s和7.47km/s,最接近壳幔过渡带的弹性波速。而现代地球物理资料显示该地区莫霍面深度为32km,认为26Ma以来,该地区发生了大规模的岩石圈减薄地质事件。     

阿尔卑斯超镁铁岩的演化及上地幔的局部熔融

西藏新疆超镁铁岩是上地幔局部熔融的产物。超镁铁岩在矿物成分上的演化表现为两个平行的演化系列:一是随各亚类岩石的递变,硅酸盐矿物的100Mg,(Mg+Fe~(2+))值递增,即硅酸盐矿物向富镁方向演化;二是副矿物铬尖晶石的100Cr/(Cr+Al)值相应递增,向富铬方向演化;上述演化趋势与岩浆分异演化趋势相反。在组构上则由原粒结构向熔融残余、后成合晶,碎斑结构,然后递变为等粒镶嵌;板状镶嵌结构。二辉橄榄岩的熔融实验资料清楚表明、阿尔卑斯超镁铁岩的演化乃是地幔岩熔融的结果。各亚类岩石代表了不同程度的局部熔融,岩体所显示的上部偏基性,下部偏酸性的垂直分带实属地幔岩的熔融分带。     

中国东北地区上地幔组成、结构及热状态

本文通过对中国东北地区新生代玄武岩中超镁铁质包体的研究,根据地质压力计所估算的包体形成深度、玄武岩浆及辉石岩浆起源的深度等,建立了中国东北地区上地幔组成模式:1.壳幔过渡带;2.尖晶石二辉橄榄岩层;3.含有痕量硅酸盐熔体的低速层;4.尖晶石方辉橄榄岩层;5.石榴石二辉橄榄岩层。与此同时,根据地质温度计与地质压力计推算资料,作者认为中国东北地区上地幔属大洋地温。与典型克拉通地温相比,低速层位置较浅,上地幔处于过热状态,这与大陆裂谷的发育有关。     

五大连池和宽甸地幔包体的惰性气体同位素特征——MORB型地幔和交代型地幔

黑龙江五大连池科洛和辽宁宽甸的碱性玄武岩中地幔包体的惰性气体同位素的地球化学特征研究表明,东北地区表现了地幔的不均匀性。五大连池地区的地幔包体中的^3He／^4He比为4．5～5．3RA,明显低于MORB的值,具有被交代的大陆富集地幔特征。氩同位素^40Ar/^36Ar比的变化在557～4005。结合玄武岩和地幔包体的矿物学特征和微量元素地球化学特征,显示五大连池地区的岩浆源区可能遭受过来自壳源物质或和古俯冲事件有关的富H2O—CO2流体的交代作用。辽宁宽甸黄椅山的样品^3He／^4He比为7．30～7.52RA,氩同位素^40Ar/^36Ar比的范围在1496～7677。宽甸黄椅山地区的则显示了具亏损地幔MORB的特点,反映了未经地壳组分改造的大陆地幔的特征。本文通过对两种不同类型的地幔岩的研究,认为东北地区大陆地幔存在MORB型亏损地幔和交代型地幔两种类型,反映了各自不同的演化机理。